5.1. Sonuçlar
Bu çalışmada Dündar [4] , Eğriboz [12] ve Yılmaz [15] tarafından Gazi Üniversitesi İnşaat Mühendisliği Bölümü Yapı Mekaniği Laboratuvarında test edilen ve Aykaç vd. [1] ile Kalkan [4] tarafından incelenen 5’i referans, 7’si kare, 7’si dairesel ve 3’ü üçgen geometrili boşluklara sahip düzenli boşluklu betonarme kirişlerin deneysel sehim değerleri kullanılmıştır. Deneyler sonucu elde edilmiş yük-sehim eğrileri ile numunelerin eğilme ve kesme deformasyonları neticesinde oluşan toplam analitik sehim değerlerinin uyumu incelenmiştir.
Deney elemanlarının değişkenleri olan boşluk geometrisinin, boyuna donatı miktarının ve kayma deformasyonlarına karşı önlem olarak alınan özel donatıların, analitik hesaplarda kesitlerin etkili eylemsizlik momenti değerlerine, taşıma gücü kapasitelerine, eğilme ve kayma deformasyonlarına etkileri irdelenmiştir. Mevcut analizlerde, daha önce Kalkan [4] tarafından düzenli gövde boşluklu betonarme kirişler için geliştirilen eğilme ve kayma deformasyon formülleri kullanılmıştır. Bu formüllerden elde edilen değerlerin toplanmasıyla ulaşılan kullanım yükü sehimlerinin, kirişlerin deney sehimlerine yaklaştırılması amacıyla bir katsayı geliştirilmiş ve bu katsayı yardımıyla Kalkan’ın [4] sehim formülü yeniden düzenlenmiştir. Kirişlerin kullanım yüklerinin belirlenmesinde Eurocode 2 [19]
yönetmeliğinin öngördüğü en dış basınç lifi gerilme değeri (0,6.fck) kullanılmıştır.
Bu çalışma kapsamında yapılan detaylı analizler sonucu aşağıdaki önemli sonuçlara ulaşılmıştır:
1. Kirişlerin analitik ve deneysel yük-sehim eğrilerinin yaklaşımı incelendiğinde analitik sehim eğrilerinin deneysel sehim eğrilerinin altında kaldığı görülmüştür. Bu nedenle boşluklu betonarme kirişlerin göçme moduna bakılmaksızın servis yükleri altında boşluklar etrafında oluşan kayma deformasyonları ile sehimlerin hesaplarda dikkate alınması gereklidir.
67
2. Betonarme kirişlerin gövdesinde her bir boşluk geometrisi için servis yüklerine karşılık gelen deneysel ve analitik sehim değerlerinin oranı ile elde edilen katsayılar analitik sehim eğrilerini deneysel sehim eğrilerine yaklaştırmıştır. Bu katsayılar ile yeniden düzenlenen eğilme ve kesme sehim formülleri boşluklu betonarme kirişlerin tasarım aşamasında taşıma gücü kapasitesine karşılık gelen sehimlerin kontrolü açısından daha sağlıklı sonuçlar verecektir.
3. Daire boşluklu kirişlerin neredeyse tamamında eğilme taşıma gücüne ulaşılması ile kırılma gerçekleşmiştir. Daire boşluklu kirişlere nazaran kare ve üçgen boşluklu kirişlerde Vierendeel panel davranışı neticesinde göçme durumu daha fazla numunede görülmüştür. Tasarım için istenmeyen Vierendeel panel davranışı ile göçme durumunun kare ve üçgen boşlukların köşe noktalarında oluşan gerilme birikmelerinden kaynaklandığı düşünülmektedir. Üçgen ve kare boşluklar etrafındaki kirişçiklere gelen eksenel yüklerin daire boşluklu kirişlere göre daha dar bir alana aktarılmış olması bu kirişleri kesme dayanımı açısından daha zayıf duruma getirmektedir. Deney çalışmalarında da daire boşluklu kirişlerin taşıma gücü, dayanım, enerji tüketimi ve süneklik açısından daha elverişli olduğu belirtilmiştir.
Bu nedenle estetik gereklilik olmadıkça düzenli boşluklu betonarme kirişlerde boşluk geometrisi olarak daire boşluğun seçilmesi uygun olacaktır.
4. Tüm kirişlerde deneysel yük-sehim eğrileri ile analitik yük-sehim eğrileri belirli yük değerlerine kadar paralel ilerlemiş bir noktada kesişmiş ve daha sonra ayrı bir yol izlemiştir. Bu kesişme noktaları boyuna donatı miktarları aynı olan daire boşluklu RCb, RCcb, RCxb, RCxcb kirişlerinde sırasıyla daha yüksek yük değerlerine karşılık gelmiştir. Bu durumun donatı miktarları aynı olan bu dört kirişte
‘c’ donatısı yani dikmelerde etriyenin varlığı ile ‘x’ donatısı yani boşlukları saran çapraz donatının varlığından kaynaklandığı düşünülmektedir. Düzenli boşluklu betonarme kirişlerde çapraz donatı ve dikmelerde etriye kullanımının; istenmeyen kesme göçmesini önlediği, taşıma kapasitesini artırmada katkıda bulunduğu, kirişlerin Vierendeel panel davranışı yerine daha sünek olan basit eğilme davranışına yönelmelerini sağladığı düşünülmektedir. Ayrıca, kesme göçmesine karşı alınan bu önlemler sayesinde, analitik eğrilerle deneysel eğilme eğrileri arasındaki uyumun daha yüksek yük değerlerine kadar korunabildiği belirlenmiştir.
68
5. Bu çalışmada boşluklu kirişlerin kullanım yükü analitik sehimlerinin deney sehimlerine göre daha düşük olduğu belirlenmiştir. Bu nedenle dairesel boşluklu kirişlerin tasarım hesaplarında toplam sehimlerin %16 oranında artırılması uygun olacaktır. Betonarme kirişlerin tasarım aşamasında yükler altında nasıl davranış göstereceği, kirişte hangi kırılma türünün gerçekleşeceği net olarak tahmin edilememektedir. Bu nedenle kare boşluklu kirişlerde gerçekleşebilecek göçme modu ayırt edilmekesizin kullanım yükü toplam sehimlerinin %66 oranında artırılması kare boşluklu betonarme kirişlerin tasarım sehimlerinin güvenli tarafta kalmasını sağlayacaktır.
6. Üçgen boşluklu kirişlerde, analitik ve deneysel kullanım yükü sehim değerlerinin yakın olduğu ve hesaplanan kullanım yükü sehimlerinin bir katsayı yardımıyla arttırılmasına gerek olmadığı belirlenmiştir. Üçgen boşlukların keskin köşelerinde ortaya çıkması beklenen gerilme birikmelerinin sehimler üzerinde olumsuz etkilerde bulunması beklenirken, deneysel sehim değerleri ile analitik değerlerin birbiriyle bu kadar uyumlu çıkmasının, üçgen boşluklu kirişlerde boşluklar arasında kalan betonarme kısımların dikme değil çapraz çubuklar şeklinde olmasından kaynaklandığı düşünülmektedir. Üçgen boşlukların kenarları boyunca uzanan bu çapraz çubuklar, bir boşluğun altında kalan kirişçik ile diğer boşluğun üstünde kalan kirişçik arasında yük iletimini sağlayarak kirişin daha rijit davranmasını ve sehim değerlerinin azalmasını sağlamıştır. Yani boşluklar arasında kalan dikmeler, birer basınç çubuğu vazifesi görmüştür.
7. Gövdelerinde aynı boşluk geometrisine sahip olan kiriş gruplarını kendi içinde kıyasladığımızda boyuna donatı miktarının artması ile kullanım yüklerine karşılık gelen deneysel ve analitik sehim değerleri azalmıştır. Özellikle kare boşluklu kirişlerin deneysel ve analitik yük-sehim eğrileri incelendiğinde boyuna donatı miktarının artması ile eğrilerin kesişim noktalarına tekabül eden yük ve sehim değerlerinin artış gösterdiği tespit edilmiştir. Bu durumda boşluklu betonarme kirişlerde analitik sehim değerlerinin sınırlandırılması için boyuna donatı miktarının artırılması önerilmektedir.
69 5.2. Öneriler
Bu çalışmada dairesel, kare ve üçgen geometrili düzenli gövde boşluklarına sahip betonarme kirişlerin kullanım yükleri altında yapacakları düşey sehimlerin tahmin edilebilmesinde kullanılacak formüller geliştirilmiştir. Mevcut betonarme yapı yönetmelik ve standartlarında boşluklu kirişlerin kullanılabilirlik sınır durumlarını belirleyen formüller bulunmadığı için, bu çalışmada geliştirilen sehim formülünün bu eksiği gidermesi hedeflenmiştir. Bu bağlamda, literatürde düzenli üçgen, kare ve dairesel boşluklu bütün deney kirişlerine ait sehim verileri analiz edilmiş olup Kalkan tarafından geliştirilmiş sehim formüllerinden elde edilen analitik değerlerle kıyaslanmıştır. Analitik verilerin deneysel sonuçlarla uyumlu hale getirilmesi için her bir boşluk geometrisi için katsayılar belirlenmiştir. Bu katsayılar ile yeniden düzenlenen sehim formüllerine yapısal betonarme yönetmeliklerinde yer verilmesi bundan sonraki çalışmalarda boşluklu betonarme kirişlerin tasarım hesaplarında faydalı olacaktır.
Mevcut tez çalışmasında 7 dairesel 7 kare 3 üçgen düzenli boşluklu betonarme kiriş kullanılmış olup son yıllarda rağbet görmeye başlayan betonarme ve öngerilmeli beton kirişlerde düzenli boşluk bırakılması tasarım şeklinin yaygınlaşması için deney çalışmaları ve incelenen numune sayısı artırılabilir, bu kirişlerin kullanılabilirliği için tasarım esasları geliştirilebilir.
70 KAYNAKLAR
[1] Aykac, B., Kalkan, I., Aykac, S., Egriboz, Y.E., Flexural Behavior of RC Beams with Regular Square or Circular Web Openings. Eng. Struct., 56: 2165-2174, 2013.
[2] Aykac, S., Yilmaz, M.C., Düzenli Üçgen veya Daire Boşluklara Sahip Betonarme Kirişlerin Davranış ve Dayanımı. Gazi Üniversitesi Mühendislik ve Mimarlık Fakültesi Dergisi, 26(3): 711-718, 2011.
[3] Dündar, B., Düzenli Boşluklara Sahip Betonarme Kirişlerin Davranış ve Dayanımı. Yüksek Lisans Tezi, Gazi Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2008.
[4] Kalkan, İ., Düzenli Boşluklu Betonarme Kirişlerin Düzlem İçi Eğilme Davranışları. Gazi Üniversitesi Mühendislik ve Mimarlık Fakültesi Dergisi, 29 (1): 155-163, 2014.
[5] Mansur M. A., Lee Y. F., Tan K. H. ve Lee S. L., Tests on R/C Continuous Beams with Openings, Journal of Structural Engineering, cilt 117, no. 6, pp.
1593-1606, 1991.
[6] Tan K. H., Mansur M. A. ve Huang L. M., Reinforced Concrete T-Beams with Large Web Openings in Positive and Negative Moment Regions, Structural Journal, cilt 93, no. 3, pp. 277-289, 1996.
[7] Ashour A. F. ve Rishi G., Tests of Reinforced Concrete Continuous Deep Beams with Web Openings, Structural Journal, cilt 97, no. 3, pp. 418-426, 2000.
[8] ACI Committee 318, Building Code Requirements for Structural Concrete (ACI 318-95) and Commentary (318R-95), American Concrete Institute, Farmington Hills, Mich., 369 pp, 1995.
71
[9] Tan K. H., Mansur M. A. ve Wei W., Design of Reinforced Concrete Beams with Circular Openings, Structural Journal, cilt 3, no. 98, pp. 407-415, 2001.
[10] Yang K. H., Eun H. C. ve Chung H. S., The İnfluence of Web Openings on the Structural Behavior of Reinforced High-Strength Concrete Deep Beams, Engineering Structures, cilt 28, no. 13, pp. 1825-1834, 2006.
[11] Yang K. H. ve Ashour A. F., Structural Behaviour of Reinforced-Concrete Continuous Deep Beams with Web Openings, Magazine of Concrete Research, cilt 59, no. 10, pp. 699-711, 2007.
[12] Eğriboz, Y. E., Düzenli Kare veya Daire Bosluklara Sahip Betonarme Kirişlerin Davranıs ve Dayanımı. Yüksek Lisans Tezi, Gazi Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2008.
[13] Amiri S. ve Masoudnia R., Investigation of the Opening Effects on the Behavior of Concrete Beams Without Additional Reinforcement in Opening Region Using Fem Method, Australian Journal of Basic and Applied Sci, cilt 5, no. 5, pp. 617-627, 2011.
[14] TS 500, Betonarme Yapıların Tasarım ve Yapım Kuralları, Türk Standartlar Enstitüsü, 22-24, 2000.
[15] Yılmaz, M. C., Eğriboz, Düzenli Üçgen veya Daire Bosluklara Sahip Betonarme Kirişlerin Davranış ve Dayanımı. Yüksek Lisans Tezi, Gazi Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2008.
[16] PTC (2014), Mathcad 14. M020 [Bilgisayar Yazılımı].
[17] Branson, D.E., Instantaneous and Time-Dependent Deflections of Simple and Continuous Reinforced Concrete Beams, HPR Report 7-1, Alabama Highway Department, Bureau of Public Roads, Alabama, A.B.D., 1965.
72
[18] Todeschini, C.E., Bianchini, A.C. ve Kesler, C.E., Behavior of Concrete Columns Reinforced with High Strength Steels, ACI Journal Proceedings, Cilt 61, No. 6, 704-716, 1964.
[19] Eurocode 2, Design of Concrete Structures, British Standards Institution, London,2008
[20] Mansur, M.A., Tan, K.H., Concrete Beams with Openings: Analysis and Design, CRC Press, Boca Raton, Florida, A.B.D., 1999.
[21] Mansur, M.A., Tan, K.H., Huang, L.M., ve Lee, S.L., Deflections of Reinforced Concrete Beams with Web Openings, ACI Structural Journal, Cilt 89, No 4, 391-7, 1992.
[22] Huang, L.M., Concrete Beams with Small Openings under Bending and Shear, MEng Thesis, National Univer. of Singapore, 1989.
[23] Bischoff, P. H. (2005), Reevaluation of Deflection Prediction for Concrete Beams Reinforced with Steel and Fiber Reinforced Polymer Bars, Journal of Structural Engineering, ASCE, Vol. 131, No. 5, pp. 752-762.
73 EKLER